细胞核和染色体作用机理幻灯片.ppt

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1、细胞核和染色体作用机理细胞核和染色体作用机理第1页，共71页，编辑于2022年，星期二学习目标Objectives熟悉细胞核这一细胞器核被膜核被膜 (Nuclear envelope)(Nuclear envelope)核孔核孔(Pores)(Pores)掌握其结构及在细胞中的作用掌握其结构及在细胞中的作用核基质染色质和染色体的结构 了解细胞核的基本功能 基因表达基因表达 复制复制第2页，共71页，编辑于2022年，星期二 细胞核是细胞内最大的细胞器，载有全部基因组的染色体。细胞核是细胞内最大的细胞器，载有全部基因组的染色体。它是基因复制、它是基因复制、RNA转录的中心：是细胞生命活动的控制中

2、心。转录的中心：是细胞生命活动的控制中心。第3页，共71页，编辑于2022年，星期二1781年 Trontana发现于鱼类细胞；1831年，Brown发现于植物。大小：植物14m，动物10m。正常细胞核质比NP0.5，分裂期细胞NP0.5，衰老细胞NP105）。1983年，A.W.Murray等人首次成功构建了包括ARS、CEN、TEL和外源DNA，总长度为55kb的酵母人工染色体(yeast artificial chromosome,YAC)。YAC可用于转基因和构建基因文库，容纳插入片段的能力远高于质粒。YAC 与BAC：含上述3种成分，用于转基因。第35页，共71页，编辑于2022年，

3、星期二3种构像：种构像：B-DNA、Z-DNA、A-DNA。第36页，共71页，编辑于2022年，星期二3种基本元素：自主复制序列(ARS)；着丝粒序列(CEN)；端粒序列(TEL)。第37页，共71页，编辑于2022年，星期二（二）染色质（二）染色质蛋白质蛋白质v组蛋白：基本结构蛋白带正电荷，含精氨酸，赖氨酸，属碱性蛋白，其含量丰富；与DNA紧密结合，对维持染色质结构和功能的完整性起关键作用。在真核细胞中组蛋白共有5种（H1，H2A，H2B，H3，H4）；分为两组：核心组蛋白，H1组蛋白（接头组蛋白）第38页，共71页，编辑于2022年，星期二结构：高度保守，尤其是H4。核心组蛋白由球形部和

4、尾部构成，球形部借Arg与磷酸二脂骨架间的静电作用使DNA分子缠绕在组蛋白核心上，形成核小体，尾部含有大量Arg和Lys，为转译后修饰的部位。H1多样性，具有属和组织特异性。第39页，共71页，编辑于2022年，星期二（三）非组蛋白序列特异性DNA结合蛋白。特性：带负电，属酸性蛋白。整个细胞周期都合成，组蛋白只在S期合成。能识别特异DNA序列，结合籍氢键和离子键。功能：帮助DNA折叠、复制；调节基因表达。第40页，共71页，编辑于2022年，星期二二、从DNA到染色体核小体（nucleosome）：一种串珠状结构，由核心颗粒和连结线DNA两部分组成，通过酶消化实验建立。由长约200bp的DNA

5、和5种组蛋白组成。第41页，共71页，编辑于2022年，星期二由H2A、H2B、H3、H4各两分子形成八聚体，构成核心颗粒；DNA分子以左手螺旋缠绕在核心颗粒表面，每圈80bp，共1.75圈，约146bp，两端被H1锁合；相邻核心颗粒之间为一段60bp的连接线DNA。第42页，共71页，编辑于2022年，星期二在低盐亲水介质中展开的染色质，示串珠状的核小体（JA，Gall 1981）第43页，共71页，编辑于2022年，星期二三、染色质包装的结构模型三、染色质包装的结构模型双链核小体螺线管超螺线管染色单体一级结构二级结构三级结构四级结构压缩7倍压缩6倍压缩40倍压缩5倍基本包装螺旋缠绕螺旋缠绕

6、折叠共压缩8000 10000倍第44页，共71页，编辑于2022年，星期二Human chromosome 2第45页，共71页，编辑于2022年，星期二三、染色质包装的结构模型三、染色质包装的结构模型第46页，共71页，编辑于2022年，星期二四、常染色质和异染色质四、常染色质和异染色质细胞分裂间期的细胞核中染色质可分为异染色质（heterochromatin）和常染色质（euchromatin）。常染色质常染色质在间期核中染色质纤维折叠压缩程度低，呈疏松的分散状态，有功能活性。异染色质异染色质在间期核中染色质纤维折叠压缩程度高，处于凝缩状态，无转录活性；分为结构异染色质和兼性异染色质。结

7、构异染色质结构异染色质：细胞周期中在染色体上有固定位置，一般为DNA重复序列，常见于染色体着丝粒及其周围。兼性异染色质：兼性异染色质：第47页，共71页，编辑于2022年，星期二常染色质是具有转录活性的染色质，结构疏松，电子密度低。异染色质的特点：凝缩状态，无转录活性、是遗传惰性区。在细胞周期中表现为晚复制、早凝缩。分为两类：结构异染色质、兼性异染色质第48页，共71页，编辑于2022年，星期二雌性哺乳动物细胞中一条异固缩化的X染色体。人胚胎发育16天后出现巴氏小体。barr body巴氏小体第49页，共71页，编辑于2022年，星期二四、染色体染色体染色体（Chromosome）姊妹染色单体

8、姊妹染色单体（Sister chromatid）根据着丝粒在染色体上的位置：根据着丝粒在染色体上的位置：中着丝粒染色体中着丝粒染色体（Metacentric chromosome）近中着丝粒染色体近中着丝粒染色体（Submetacentric chromosome）近端着丝粒染色体近端着丝粒染色体（Arocentric chromosome）端着丝粒染色体端着丝粒染色体（Telocentric chromosome）染色体的各部分名称染色体的各部分名称第50页，共71页，编辑于2022年，星期二第51页，共71页，编辑于2022年，星期二端粒（telomere）：由高度重复的短序列组成。作用：

9、1.维持染色体稳定性。2.起细胞分裂计时器的作用。DNA每复制一次端粒减少50100bp。第52页，共71页，编辑于2022年，星期二生物化学家发现端粒酶结构生物化学家发现端粒酶结构有助于更快研制抗癌药物抗肿瘤抗肿瘤抗衰老抗衰老第53页，共71页，编辑于2022年，星期二（二）染色体的数目性细胞染色体为单倍体，用n表示；体细胞为2倍体，以2n表示，还有一些物种的染色体成倍增加成为4n、6n、8n等，称为多倍体。染色体的数目因物种而异。第54页，共71页，编辑于2022年，星期二（三）着丝粒的结构着丝粒（centromere）和着丝点（kinetochore）是两个不同的概念。着丝粒包含3个结构

10、域：1.着丝点结构域（kinetochore domain）位于着丝粒的表面，包括三层板状结构和围绕外层的纤维冠(fibrous corona)。第55页，共71页，编辑于2022年，星期二2.中央结构域位于着丝粒结构域的下方，含卫星DNA。3.配对结构域位于着丝粒内层，中期连结染色单体。4.着丝点蛋白用ACAs发现的着丝粒蛋白主要有6种（CENP A-F）第56页，共71页，编辑于2022年，星期二Centromere第57页，共71页，编辑于2022年，星期二如果将一个染色体组的全部染色体逐个按形状、大小等特征依顺序排列起来的图象叫核型图。核型分析对于探讨人类遗传病的机制，物种亲缘关系与进

11、化、远缘杂种的鉴定等都有重要意义。第58页，共71页，编辑于2022年，星期二第三节 核仁间期细胞核内呈圆球形的结构，一般12个。功能是转录rRNA和组装核糖体亚单位。蛋白合成旺盛和分裂增殖较快的细胞有较大和较多的核仁，反之核仁很小或缺如。核仁在分裂前期消失，末期又重新出现。第59页，共71页，编辑于2022年，星期二一、核仁形态纤维中心：是致密纤维包围的低电子密度的圆形结构，主要成分为RNA聚合酶和rDNA。致密纤维组分：呈环形或半月形包围FC，由致密纤维构成，是新合成的RNP。颗粒组分：由直径15-20 nm的颗粒构成，是不同加工阶段的RNP。第60页，共71页，编辑于2022年，星期二N

12、ucleolus第61页，共71页，编辑于2022年，星期二（一）结构含40%蛋白、60%RNA，2亚单位构成。分为70S和80S两类。大小亚单位只在合成蛋白时结合在一起，合成终止后解离。多个核糖体结合在一条mRNA上，称多聚核糖体。二、核糖体二、核糖体ribosome第62页，共71页，编辑于2022年，星期二核糖体的组成核糖体的组成第63页，共71页，编辑于2022年，星期二（二）核糖体组装rDNA为重复基因，人体细胞中约有200个拷贝，rDNA没有组蛋白核心，是裸露的DNA节段，相邻基因之间为非转录的间隔DNA。第64页，共71页，编辑于2022年，星期二转录时RNA聚合酶沿DNA分子排

13、列，产物排列呈羽毛状。rRNA首先出现在纤维部，而后转向颗粒部。第65页，共71页，编辑于2022年，星期二新合成的45SrRNA形成RNP。甲基化后经RNA酶裂解形成18s、28s、5.8srRNA。成熟的rRNA仅为45srRNA的一半，丢失的大部分是非甲基化和GC含量较高的区域。第66页，共71页，编辑于2022年，星期二5SrRNA定位在常染色体，合成后被转运至核仁区参与大亚基的装配。第67页，共71页，编辑于2022年，星期二第四节 核骨架nucleoskeleton核基质（nuclear matrix）或称核骨架，为真核细胞核内的网络结构，是指除核被膜、染色质、核纤层及核仁以外的核

14、内网架体系。第68页，共71页，编辑于2022年，星期二（一）核基质的组成非组蛋白性纤维蛋白，10多种次要蛋白，包括肌动蛋白和波形蛋白，后者构成核骨架的外罩。已知三种支架蛋白（SC、SC、SC)，SC是DNA拓朴异构酶。少量RNA（0.5%）和DNA(0.8%，MAR)。少量磷脂（1.6%）和糖类（0.9%）。第69页，共71页，编辑于2022年，星期二（二）核骨架的功能1.DNA复制：提供DNA聚合酶结合位点。2.RNA复制：提供RNA聚合酶结合位点。3.与染色体构建有关30nm的染色质纤维就是结合在核骨架上，形成放射环状的结构，在分裂期进一步包装成光学显微镜下可见的染色体。第70页，共71页，编辑于2022年，星期二Chromosome Structure第71页，共71页，编辑于2022年，星期二